测试开发基础|一文搞定计算机网络（一）

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作者:chengzi-ceba

计算机网络知识对测试人员来说是非常重要的基础技能。无论是在平时测试工作中（比如接口测试），还是测试技术面试时，都会经常涉猎。很多基础薄弱的同学靠临时抱佛脚突击搜索学习，对系统知识和重点难点的理解总是不够透彻。
本系列文章就带大家从最最基础的网络知识开始，一步一个台阶学习，最终深度理解和掌握计算机网络核心知识点、相关面试题以及在测试工作中的应用。
网络、互联网、因特网，经常听到的这三个名词，他们的区别是什么？先参考如下图

网络(Network)
计算机通过交换机设备组建成一个局域网,一般不超过100米，例如学校的机房；
互联网(Network of Network)
还是以学校机房为例，不同教室之间的网络可以通过路由器相互连接，这就叫做互联网；并且通过广域网可以连接的很远。
因特网(Internet)
全球最大的一个互联网
总结
网络：许多计算机连接在一起
互联网：internet 许多网络连接在一起
因特网：Internet 全球最大的一个互联网
ISP：电信运营商internet service producer
由上图可以清晰的看出网络直接的关系，在实际生活中也很容易提现；比如以前在学校的时候，同学和老师之间传文件很快，因为大家都是在一个校园网中；再比如网络下载的时候，一般会提供好几个下载路径，通常我们选择本地下载也是速度最快的。
再由下图的实际场景可以很清楚的看出ISP、企业和我们普通的网民之间的关系：
局域网：自己购买设备，自己维护，带宽固定，100M 1000M 距离100米以内
广域网：花钱买服务，花钱买带宽
1）电路交换——面向连接
连接的三个阶段：
建立连接
通信
释放连接
缺点
计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低
适合场景：适用于数据量很大的实时性传输，核心路由器之间可以使用电路交换
2）分组交换
一段较长的报文数据
分组后将每段数据加上首部，首部信息中包含了地址等控制信息

分组交换网中的结点减缓及根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机，用这样的存储转发方式，最后就能到达最终目的地，再根据首部信息将数据拼接恢复未原来的报文。

优点：
高效
灵活
迅速
可靠
缺点：
时延
开销
3）报文交换
报文交换一般将报文整个发送，这样就造成报文一般比分组的长的多，时延也较长
三种交换方式的比较：
1.速率：
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，也称为data rate或bit rate。
单位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s.
2.带宽：
数据通信领域中，数字信道所能传送的最高数据率
单位是 b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s
3.吞吐量：
即在单位时间内通过某个网络的数据量
单位 b/s, Mb/s等
4.时延：我们经常说到延时，就是这里的时延，那么时延分别有如下几种：
发送时延：
发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间；
可以类别火车出站，整列火车就好比一段数据，那么这列火车从站台出站就好比数据块从结点进入到传输媒体，这个出站所花费的时间就是发送时延。
传播时延：
电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间；
就好比火车从一个站点开到另一个站点的途中所花费的时间。
排队时延：
结点缓存队列中分组排队所经历的时延；
这个也比较好类比生活中的例子，比如我们节假日过收费站的时候，车辆需要在不同的车道进行排队等候进站，这个时间段就是排队时延
处理时延：
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间；
依然可以以开车进收费站为例，到了收费站以后，我们需要取卡缴费等行为，哪怕是ETC也要减速慢行等待抬杆，有时候可能没识别到还得倒车再来，这些过程所花费的时间就成为处理时延。
5.时延带宽积：
单位时间内能够传输的最大数据量；就好比一段公路，如果都摆满了车，最多可以承载多少车辆。
6.往返时间-RTT(Round-Trip Time)
从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认
7.利用率
信道利用率：指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)，完全空闲的信道利用率是零。
网络利用率：全网络的通道利用率的加权平均值
如下图所示，当利用率在接近1的过程中，达到某一个点之后，时延会急剧增大，造成“堵塞”；
就如同高速公路，平常车辆不多，利用率并不高，但是车速很快，运行通畅；而节假日的时候，因为免费加上出行增加，道路的利用率可能大大增加，但是同行的流畅度也大大降低(本人就经历过平常四五个小时的车程开了16个小时的痛苦经历~~，时延太大了呀)

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这里：
程序开发人员主要考虑的是前3层：应用层-表示层-会话层
网络工程师主要考虑的是：传输层-网络层-数据链路层
分层的意义和必要性
各层直接相互独立
灵活性好
结构上可以分隔开
易于实现和维护
能促进标准化工作
现实举例说明
这里还是以现实生活举例：
好比现在有一件商品需要从北京装箱打包发送到上海，要经过如下步骤：
商家包装商品-快递员打包商品-商品通过汽车运往火车站-商品再通过火车发往上海
这里想要提高货物发送的效率，可以通过很多方式：
然后我们发现无论使用哪种方式，都是独立的步骤，并不影响其他步骤；可以在各自的“分层”中进行管理优化，每层都要自己的作业方式。
商家包装方式加快
快递小哥打包手法更娴熟
城市交通多修高架和快速路
火车提速

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对于协议分层之间的关系，由于本文内容是基于谢希仁版《计算机网络》，所以这里直接借用书中的解释，如下：
主机1向主机2发送数据
主机2从主机1接收数据
接收的过程与发送正好相反，会将首位部以此去除，解封装。
具体画图参考上文
1.应用层(数据):确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用
2.表示层(数据):主要解决拥护信息的语法表示问题，如加密解密
3.会话层(数据):提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机
制，如服务器验证用户登录便是由会话层完成的
4.传输层(段):实现网络不同主机上用户进程之间的数据通信，可靠
与不可靠的传输，传输层的错误检测，流量控制等
5.网络层(包):提供逻辑地址(IP)、选路，数据从源端到目的端的
传输
6.数据链路层(帧):将上层数据封装成帧，用 MAC 地址访问媒介，错误检测与修正
7.物理层(比特流):设备之间比特流的传输，物理接口，电气特性等
8.网关:应用层、传输层(网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连)
9.路由器:网络层(路由选择、存储转发)
10.交换机:数据链路层、网络层(识别数据包中的 MAC 地址信息，根据 MAC 地址进
行转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中)
11.网桥:数据链路层(将两个 LAN 连起来，根据 MAC 地址来转发帧)
12.集线器(Hub):物理层(纯硬件设备，主要用来连接计算机等网络终端)
13.中继器:物理层(在比特级别对网络信号进行再生和重定时，从而使得它们能够在
网络上传输更长的距离)
本文主要参考《计算机网络》谢希仁教材，面试题相关来自网络。
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